基于多层纳米薄膜的表面等离子体共振传感的研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于多层纳米薄膜的表面等离子体共振传感的研究作者姓名韩欢欢学科专业检测技术与自动化装置指导教师王志斌副教授2016年5月中图分类号：O433学校代码：10216UDC：533.9密级：公开工学硕士学位论文基于多层纳米薄膜的表面等离子体共振传感的研究硕士研究生：韩欢欢导师：王志斌副教授申请学位：工学硕士学科专业：检测技术与自动化装置所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMeasurementTechnologyandAuto

2、maticInstrumentSENSOROFSURFACEPLASMONSRESONANCEBASEDONMUTI-LAYERSNANOFILMSbyHanHuanhuanSupervisor:AssociateProfessorWangZhibinYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于多层纳米薄膜的表面等离子体共振传感的研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究

3、成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《基于多层纳米薄膜的表面等离子体共振传感的研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全

4、部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要表面等离子共振是在一定的金属电介质结构中的电荷振荡与倏逝波的耦合现象，基于表面等离子共振的检测技术是近代发展起来的一种新型光学传感技术。它具有高灵敏度、实时响应和免标记等优点，在食品、药品安全、医疗诊断、环境污染监测、纳米光子器件和生物传感等方面得到广泛的应用。近年来，随着各种检测技术的快速发展，对SPR检测系统的分辨率、灵敏度、信噪比等传感性能提出更高的要求。本文首先介绍了表面等离子共振传

5、感器的研究背景、现状以及近年来的发展趋势，然后对SPR的共振理论和传感的性能指标进行了分析，阐述了表面等离子传感器的几种主要的结构类型、检测原理，对棱镜型的SPR传感器进行了重点分析，并介绍SPR的理论计算方法和数值模拟方法，说明了本文的仿真方法。其次，本文提出了一种基于多孔硅的SPR传感模型，模型利用多孔硅的折射率能随其吸附的待测样本的折射率改变而改变的性质，优化SPR的共振光谱。对该共振模型的共振光谱进行数值计算，分析多孔硅层的结构参数对传感性能的影响机理，对所提出的传感结构进行了理论分析和参数优化，确立了最终的模型参数。以一定浓度的乙

6、二醇溶液作为待测样本，分析了该模型的传感性能。最后，建立了一种基于波导SPR结构的双电介质层传感模型：棱镜基底—银—ZnO—SiO2—待测样品。在不同的结构参数下对该结构进行数值仿真，得到双电介质层SPR激励模型的共振光谱。然后进一步研究了银和双电介质层复合而成的共振薄膜对表面等离子共振效应的激励机理与调制特性的作用。同样地以乙二醇溶液为待测样本，对传感器的灵敏度、分辨率和品质因数Q进行分析，证明了该结构的可行性，为设计高分辨率和高Q值的传感系统提供了理论参考。关键词：表面等离子体共振；光学传感；多层膜结构；共振光谱；灵敏度；分辨率IAbs

7、tractAbstractSurfaceplasmonsresonanceisaphotoelectricresonancephenomenonundertheinteractionofchargeoscillationsinthemetaldielectricinterfaceandtheincidentlight.Thesurfaceplasmonsresonancedetectiontechnologyisanewtechnologydevelopedinrecentyears.Ithasadvantagesofhigh-sensit

8、ivity,real-timeresponseandlabelfreeetc.,andhasbeenwidelyappliedinfoodsafety,medicaldiagno